开关电源结构和基本原理-上课
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联
式晶体管线性稳压电源。
二、 开关电源工作原理
通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC) 转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC)
• 串联线性稳压电源：电源调整管工作在放大 状态。
• 开关电源：电源调整管工作在开关状态的电 源 。是具有高功率密度的电源。
电源调整管
输入
负载RL
开关管K 输入
储能元 件
负载 RL
串联稳压电源
开关电源
1.1.3 开关电源的分类：
按变换方式可分为下列四大类： （1）：第一大类：AC/DC开关电源； 开关电源 （2）：第二大类：DC/DC开关电源； （3）：第三大类：DC/AC开关电源；逆变器 （4）：第四大类：AC/AC开关电源。变频器 但目前只将前两类称为开关电源，而将后两类分别 称为逆变器和变频器。
• 开关管饱和导通时，300V电源通过开关管Q，电 感L和负载RL形成电流回路，同时向电容器C充电， 在电感L和电容C中同时储能。
• 二极管D处于反向截止状态。 • 由于电感L中突然出现电流，将在L两端产生左正
右负ຫໍສະໝຸດ Baidu自感电动势，负载两端电压等于300V电源 电压与L两端自感电动势之差。
+300V
Q
图1-1 晶体管串联式线性稳压电源
随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢 复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消 稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。
它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了 一步。
图1-3 无工频变压器的开关电源原理框图
1.3 无工频变压器开关稳压电源的优点：
高频开关电源 的结构和基本原理
一、 概述
1.1 电源及开关电源
1.1.1 电源是什么？
将电网或电池的一次电能，转换为符合电子设备要 求的二次电能，这样的变换设备便是电源。
电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备 就不可能工作。
电源常 用的连 接方式
串联线性稳压电源 高频开关电源
3
1.1.2 串联稳压电源与开关电源的区分
开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来 提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和 重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了 电能的转换效率，典型的PC电源效率为70%-75%， 而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。
输出电压的稳定则:依赖对脉冲宽度的改变来实 现，这就叫做脉宽调制PWM。
高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以 及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代 自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒 内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压 出现。
无工频变压器开关稳压电源的不足之处：
5
常见开关电源图片
A：一次电源产品的图片（AC/DC）
6
B：工业电源产品的图片—标准产品（AC/DC）
CPCI Series of Lambda
7
C：工业电源产品的图片（AC/DC）
HWS Series of Lambda
8
E：工业电源产品的图片（AC/DC）
9
F：二次电源产品的图片（DC/DC）--标准转类
• 电路中Q为开关管，工作于开关状态（Q饱和导通时 相当于一只接通的开关，Q截止时相当于一只断开 的开关）。
• 电感L和电容C为储能元件。
• RL为电源的负载。 • D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电
感L中的电流不中断。
+300V Q
IQ D
L
+
IL
-
C
RL
IC IR
（b)开关管饱和时的等效电路
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
对50Hz低频而言，电容呈开路，而电感则
呈短路。因此，50Hz市电可以顺利通过。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
输入220V交流电压的检测
1.效率高。一般在70～80%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变
化时，性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声
波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、
-
L
+
IL
ID
C
D
IC
RL
（c)开关管截止时的等效电路
• 开关管截止时，由于电感线圈中电流的突然中断， 将在电感L两端产生左负右正的自感电动势，该自 感电动势使续流二极管D导通，形成电流回路。
220V交流 输入
共轭滤波器
正常值: 220V±15%(187V~253V)
交流电压500V档
220V交流电压整流滤波后直流电压的检测
来自共 轭滤波 器的
220V 交流电 压
正常值为300V左右
直流电压500V档
2.3 串联型开关电源工作过程
（降压式BUCK)
+300V Q
L
D
C
RL
（a ) 串联型开关电源基本电路
2.1 高频变压器开关电源的结构
共轭滤
波器
220V交流 电压输入
整流 滤波
开关调 整管
储能 元件
直流电
脉冲整 压输出 流滤波
比较 放大
取样 电路
功能：将220V交流电
压转换为电路所需要的
基准
各种稳定的直流电压
图2-1 高频变压器开关电源基本功能框图
2.2 输入共轭滤波及整流
2.2.1、进线抗电磁干扰电路EMI
Full Brick
Half Brick
1/4 Brick
1/8 Brick
Half Brick
10
G：二次电源产品的图片（DC/DC）
11
彩电开关稳压电源
1.2 直流稳压电源的发展
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。 传统的串联式线性转换方法设计制作的电源，其效率低，损耗 大，温升高。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
• A.电路组成： • B.作用：双向滤波（一方面避免电网供电线引
入高频脉冲影响电子电路，另一方面，防止开 关电源对电网造成污染。）
C.工作原理：
对高频干扰信号而言，电容呈短路，而电 感则呈开路。高频干扰被电容短路。
式晶体管线性稳压电源。
二、 开关电源工作原理
通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC) 转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC)
• 串联线性稳压电源：电源调整管工作在放大 状态。
• 开关电源：电源调整管工作在开关状态的电 源 。是具有高功率密度的电源。
电源调整管
输入
负载RL
开关管K 输入
储能元 件
负载 RL
串联稳压电源
开关电源
1.1.3 开关电源的分类：
按变换方式可分为下列四大类： （1）：第一大类：AC/DC开关电源； 开关电源 （2）：第二大类：DC/DC开关电源； （3）：第三大类：DC/AC开关电源；逆变器 （4）：第四大类：AC/AC开关电源。变频器 但目前只将前两类称为开关电源，而将后两类分别 称为逆变器和变频器。
• 开关管饱和导通时，300V电源通过开关管Q，电 感L和负载RL形成电流回路，同时向电容器C充电， 在电感L和电容C中同时储能。
• 二极管D处于反向截止状态。 • 由于电感L中突然出现电流，将在L两端产生左正
右负ຫໍສະໝຸດ Baidu自感电动势，负载两端电压等于300V电源 电压与L两端自感电动势之差。
+300V
Q
图1-1 晶体管串联式线性稳压电源
随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢 复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消 稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。
它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了 一步。
图1-3 无工频变压器的开关电源原理框图
1.3 无工频变压器开关稳压电源的优点：
高频开关电源 的结构和基本原理
一、 概述
1.1 电源及开关电源
1.1.1 电源是什么？
将电网或电池的一次电能，转换为符合电子设备要 求的二次电能，这样的变换设备便是电源。
电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备 就不可能工作。
电源常 用的连 接方式
串联线性稳压电源 高频开关电源
3
1.1.2 串联稳压电源与开关电源的区分
开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来 提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和 重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了 电能的转换效率，典型的PC电源效率为70%-75%， 而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。
输出电压的稳定则:依赖对脉冲宽度的改变来实 现，这就叫做脉宽调制PWM。
高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以 及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代 自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒 内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压 出现。
无工频变压器开关稳压电源的不足之处：
5
常见开关电源图片
A：一次电源产品的图片（AC/DC）
6
B：工业电源产品的图片—标准产品（AC/DC）
CPCI Series of Lambda
7
C：工业电源产品的图片（AC/DC）
HWS Series of Lambda
8
E：工业电源产品的图片（AC/DC）
9
F：二次电源产品的图片（DC/DC）--标准转类
• 电路中Q为开关管，工作于开关状态（Q饱和导通时 相当于一只接通的开关，Q截止时相当于一只断开 的开关）。
• 电感L和电容C为储能元件。
• RL为电源的负载。 • D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电
感L中的电流不中断。
+300V Q
IQ D
L
+
IL
-
C
RL
IC IR
（b)开关管饱和时的等效电路
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
对50Hz低频而言，电容呈开路，而电感则
呈短路。因此，50Hz市电可以顺利通过。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
输入220V交流电压的检测
1.效率高。一般在70～80%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变
化时，性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声
波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、
-
L
+
IL
ID
C
D
IC
RL
（c)开关管截止时的等效电路
• 开关管截止时，由于电感线圈中电流的突然中断， 将在电感L两端产生左负右正的自感电动势，该自 感电动势使续流二极管D导通，形成电流回路。
220V交流 输入
共轭滤波器
正常值: 220V±15%(187V~253V)
交流电压500V档
220V交流电压整流滤波后直流电压的检测
来自共 轭滤波 器的
220V 交流电 压
正常值为300V左右
直流电压500V档
2.3 串联型开关电源工作过程
（降压式BUCK)
+300V Q
L
D
C
RL
（a ) 串联型开关电源基本电路
2.1 高频变压器开关电源的结构
共轭滤
波器
220V交流 电压输入
整流 滤波
开关调 整管
储能 元件
直流电
脉冲整 压输出 流滤波
比较 放大
取样 电路
功能：将220V交流电
压转换为电路所需要的
基准
各种稳定的直流电压
图2-1 高频变压器开关电源基本功能框图
2.2 输入共轭滤波及整流
2.2.1、进线抗电磁干扰电路EMI
Full Brick
Half Brick
1/4 Brick
1/8 Brick
Half Brick
10
G：二次电源产品的图片（DC/DC）
11
彩电开关稳压电源
1.2 直流稳压电源的发展
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。 传统的串联式线性转换方法设计制作的电源，其效率低，损耗 大，温升高。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
• A.电路组成： • B.作用：双向滤波（一方面避免电网供电线引
入高频脉冲影响电子电路，另一方面，防止开 关电源对电网造成污染。）
C.工作原理：
对高频干扰信号而言，电容呈短路，而电 感则呈开路。高频干扰被电容短路。